Part 01、前言
打開運放規(guī)格書,你會發(fā)現運放規(guī)格書中都會定義一個參數:輸入電壓噪聲密度,英文名稱是Input Voltage Noise Density,這個參數有什么用呢?我們一般會考慮輸入失調電流,電源電壓,共模電壓會在運放輸出端產生對應的輸出失調電壓,如果問你噪聲會影響運放的輸出失調電壓嗎?你的答案肯定是會,但是如何量化計算噪聲的影響呢?那么你可能就未必知道了,今天我們就介紹一下具體的計算方法。
Part 02、1/f噪聲與寬帶噪聲
對運放影響比較大的噪聲主要是低頻1/f噪聲(它又叫閃爍噪聲),和寬帶噪聲(又叫熱噪聲或白噪聲)。
1. 1/f噪聲
1/f噪聲主要存在于低頻區(qū)域,噪聲功率譜密度與頻率成反比,即1/f。在運放噪聲頻譜中,1/f噪聲通常占據從直流到某一拐點頻率(如幾十Hz或幾百Hz)的部分。在低頻信號處理電路中,1/f噪聲是主要的噪聲干擾因素。
2. 寬帶噪聲
寬帶噪聲屬于白噪聲,其功率譜密度在較寬頻率范圍內是平坦的。在運放噪聲頻譜中,寬帶噪聲是高于1/f噪聲拐點頻率的部分。
下圖是運放的噪聲&頻率特性曲線,1/f corner是轉角頻率(fnc),它是1/f噪聲與寬帶噪聲的交點頻率。在這個頻率點,1/f噪聲與寬帶噪聲的幅度相等,總噪聲密度在fnc頻率點達到寬帶噪聲密度的√2倍。
Part 03、運放輸入電壓噪聲RMS電壓計算
1.首先計算轉角頻率fce:
2.根據轉角頻率fce計算運放輸入電壓噪聲在輸入端產生的電壓噪聲RMS值:
Part 04、實例分析
比如下圖未某運放規(guī)格書中給出的輸入電壓噪聲密度的截圖,如何根據這個截圖通過上面的介紹的公式計算輸入噪聲電壓RMS值呢?
1.計算轉角頻率:
其中fx=1kHz,enf(fx)=5.5nV√Hz,enw=4.2nV√Hz,帶入上面的公式可以計算得到轉角頻率:715Hz
2.計算運放輸入端產生的電壓噪聲RMS值:其中enw=4.2nV√Hz,fce=715Hz,fH=30KHz,fL=10Hz,n≈1,帶入即可計算得到運放輸入端產生的電壓噪聲RMS值,然后我們基于電路的放大倍數乘以輸入端產生的電壓噪聲RMS值即可得到輸出端的電壓噪聲RMS值,進而評估運放輸入端產生的電壓噪聲RMS值對運放輸出的影響。
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